Автоматика для теплицы на микроконтроллере

Умная теплица своими руками – схема автоматики парника на микроконтроллере

Данная статья – не просто список инструкций по повторению моего умного парника, я постарался сделать настоящую презентацию автоматики для теплиц, чтобы вдохновить вас.

Я хотел сделать своими руками такую умную теплицу на микроконтроллере, в которой растения не высохли бы без присмотра в течении нескольких дней. Два главных фактора жизнедеятельности растений в теплице – вода и температура, поэтому упор в схеме контроля был сделан на эти факторы.

Краткое описание системы:
Дождевая вода собирается с крыши и хранится в баках. В одном дождевом баке установлен погружной насос. Он перекачивает воду в подпиточный бак в теплице. В подпиточном баке установлены 7 насосов, осуществляющих непосредственный полив растений.

Все растения посажены в горшки, каждый из семи насосов соединен с четырьмя горшками. В каждой группе из четырех горшков в одном расположен датчик влажности почвы, передающий данные на модуль Arduino. В приложении на своем телефоне я могу установить значение уровня влажности, при котором будет производиться автоматический полив этих четырех горшков.

В теплице установлены два температурных датчика. Если становится слишком жарко, включается вентилятор, подающий прохладный воздух снаружи в теплицу (в крыше теплицы также имеются форточки автоматического проветривания). Если температура опускается слишком низко, начинает работать небольшой обогреватель внутри теплицы, который не дает растениям замерзнуть.

В следующих пунктах я объясню основные моменты работы разных частей системы.

Шаг 1: Дождевые баки

У меня есть два бака для сбора дождевой воды, подсоединенные к водостоку. В баках установлена автоматическая защита от перелива, требующая выставления уровня наполненности. Баки соединены между собой шлангом, таким образом, между ними осуществляется сифонный водосброс, чтобы достичь одинакового уровня воды в обоих баках.

В баке, ближайшем к теплице, установлен погружной насос и ультразвуковой датчик, измеряющий расстояние до поверхности воды. Они соединены с модулем Arduino, находящимся в теплице, и отправляющим данные на мой телефон. Измерение расстояния до поверхности также не даст насос включиться, если уровень воды ниже водозаборника.

Шаг 2: Подпиточный бак

Насос подает воду из дождевого бака в подпиточный, находящийся в теплице. В нем установлены семь насосов от дешевых стеклоомывателей. Ультразвуковой датчик контролирует уровень наполненности бака, я задал границы 50% и 75% для автоматического режима. Наполнение происходит из бака с дождевой водой.

Насосы 1-4 соединены с группами из четырех горшков, насосы 5 и 6 запасные, а насос 7 соединяется с насадкой увлажнителя. Последнее я сделал в порядке эксперимента, преследуя следующие цели: первая — охлаждение воздуха, и вторая — повышение влажности, что очень нравится огурцам.

Шаг 3: Датчики влажности почвы в горшках

Датчики влажности почвы собирают и отправляют данные каждые полчаса. Заданное значение и данные с датчиков отражаются на экране телефона, с телефона я также могу менять настройки.

Шаг 4: Турбулентная стойка в горшке

Шланги идут от насоса к турбулентным стойкам в четырех горшках.

Шаг 5: Вентилятор

Работа вентилятора зависит от заданной величины в телефоне и контролируется ШИМом (Широтно-Импульсным Модулятором), в зависимости от того, насколько выше актуальная температура, чем заданные значения.

Шаг 6: Датчики температуры

Для измерения температуры я установил два однопроволочных датчика DS18B20, один наверху, другой внизу. Данные с них передаются каждые десять минут. В зависимости от показаний, я включаю вентилятор или обогреватель.

Шаг 7: Увлажнитель

Распыляющая насадка для повышения влажности воздуха и охлаждения, если вентилятор не справляется.

Шаг 8: Система контроля Arduino

Сейчас я не буду давать управляющую программу для Arduino, пока прикладываю фото соединения платы с различными реле и иже с ними. Такая путаница в проводах вызвана изменениями, которые я вносил после каждого испытания.

Шаг 9: Интерфейс Blynk

Прилагаю картинки интерфейса для автоматизации теплицы. Он сделан с помощью приложения Blynk.

Первая картинка: показана индикация низкого уровня воды в баках или ошибка сигнала. В обоих случаях я останавливаю насосы. А также график истории данных об уровнях воды в обоих баках.

Вторая картинка: данные мониторинга температуры, также с графиком истории данных. Здесь видны заданные значения максимума и минимума температуры в теплицы. Показаны средние показатели температур вместе с процентами мощности работы вентилятора, когда температурные показатели превышают заданные значения. Также можно увидеть, работает ли обогреватель.

Третья картинка: данные датчиков влажности почвы и заданное значение начала полива. Отсчет времени до следующего измерения, интервал 30 мин. График истории измерений с полученными показаниями.
Четвертая картинка: возможность управлять работой насосов напрямую с телефона, в основном, в целях отладки. Также здесь я могу переводить части системы в автоматический режим. И устанавливать длительность сеансов полива.

Pumps Auto: насос дождевого бака и насосы подпиточного бака переходят в автоматический режим, то есть вода наполняет подпиточный бак, растения поливаются.
Watering 13:00 (полив 13:00): в автоматическом режиме растения поливаются раз в день, в 13:00.

Cooling Auto (автоматическое охлаждение): вентилятор находится в автоматическом режиме и начнет работать, когда температура поднимется выше заданного значения. Чем выше будет подниматься температура, тем выше мощность работы вентилятора.

Heater Auto (автоматический обогрев): обогреватель находится в автоматическом режиме и начнет работать, как только температура опустится ниже заданного значения. Гистерезис составляет 1°, то есть обогреватель отключится, как только температура превысит заданное значение на 1 градус.

Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.

Умная теплица на базе arduino из подручного материала с регулятором температуры

Дорогие читатели представляю вашему вниманию детский проект под моим руководством «Smart greenhouse».

Данному проекту уже три года, но он полностью функционирует и до сих пор даёт урожай в домашних условиях.

Техническая структура теплицы

Материал – картон, пластик прозрачный и не прозрачный, пищевая плёнка, удобрение.

Электронная начинка – Arduino Uno, DC двигатель (водяная помпа), светодиоды, двухканальный модуль реле 5В, керамический нагреватель, кулер, блок питания на 12 В и 60 Вт, датчик влажности почвы, датчик температуры и влажности воздуха.

Как показало время — выбранный материал оправдал все идеи.
В качестве ёмкостей для выращивания урожая использовали коробки из под обуви (мужская детская обувь).
Коробки были покрыты изнутри акриловой краской, которую часто используют в декоративных целях. После высыхания краски, каждая коробка было покрыта изнутри и снаружи пищевой плёнкой. Коробки прикручены к фанере, которая является соединительной опорой двух коробок. Для прочности конструкции, фасад теплицы был обклеен пластиковыми футлярами из под CD дисков (набралось огромное количество не нужного софта, музыки и фильмов). Клей использовали двух видом — клей момент кристалл для крепления к коробкам термоклей для заливки места стыков пластика.

Для того, чтобы было освещение в любую погоду построили рамку, где закрепили светодиоды (лучше ультрафиолетовые) — расстояние между ними не более 5 см на высоте не менее 25 см. Рамка создана из пластиковых уголков, которых полно в строительных магазинах.

Читайте также  Готовим теплицу к зиме

К данной рамке закрепили пластиковую трубку диаметром 1,5 см (дети принесли, от какой то конструкции), где просверлили множество отверстий (до 3мм в диаметре) с одной стороны трубки, расстояние между отверстиями не менее 3 см.

Так как растениям нужен ультрафиолет, и его очень много от естественного освещения, то принято решение сделать прозрачные стенки. Так как стекло поглощает ультрафиолет, взяли пластик от тех же футляров из под компакт дисков.

Так как растения могут быть разной высоты, то одну из сторон было решено сделать выше на один футляр. Крышка также сделана из футляров и спокойно может открываться.

Для скрепления применяли те же клеи, что описаны были ранее. Для прочности к краям приклеены деревянные рейки, купленные в строительных магазинах.

Места стыка крышки и стенок покрыли теплоизоляцией — получилось немного коряво, но я старался не вмешиваться в процесс творчества детей — это их проект и они должны получить личный опыт в разработке проекта.

Теперь настало время проектировки электроники в теплицу.

Задачи

Разработка структуры «Умной теплицы»

Разработка ПО по ручному управлению и автономной работе проекта, отвечающего поставленным задачам.

Электромонтаж проекта «Умная теплица» — автономное и автоматическое отслеживание состояния влажности почвы и воздуха, температуры воздуха в теплице, автоматический полив (увлажнение) почвы и нагрев воздуха до комфортной, растениям, температуры, автоматическое освещение.

Разработка модели с возможностью реализации её любому человеку и для любых природных условиях по выращиванию растений любого вида.

Возможности модели

Автоматическое управление освещением

Автоматическое управление поливом.

Автоматическое регулировка температуры и влажности воздуха и почвы.

  • Описание принципа работы

    Датчики влажности почвы и датчик температуры и влажности воздуха каждую секунду отслеживают показания. Данные показания обрабатываются в плате Arduino Uno и выдаются команды согласно загруженной в неё программе.

    Программа содержит два условия и бесконечный цикл. Если температура воздуха меньше 20 градусов по Цельсию, то подаётся команда на включение через электромагнитное реле керамического нагревателя и кулера. Под действием конвекции воздух начинает равномерно прогреваться, когда воздух прогреется до 21 градуса по Цельсию, то подаётся команда на отключения нагревателя через реле.

    Если влажность почвы будет выше установленного значения, то также подаётся команда на реле, где запускается насос для полива растений и увлажнения почвы, пока не понизится до нужного значения.

    В данном проекте есть керамический нагреватель — его мы прикрутили к радиатору с кулером, чтобы нагретый воздух быстрее циркулировал. По идеи в помещении для большинства растений он не нужен, за исключением тропических видов.

    На видео показана работа теплицы

    На сегодняшний день теплица выполняет свою функцию, хорошо получается вырастить капризные растения. Сейчас идёт модернизация её управления и улучшения качества.

    Всё дорожает и фрукты с овощами тоже. Выращенный томат, огурцы и сладкий перец намного вкуснее магазинных. Очень насыщенный вкус. Попробуйте, не пожалеете.

    Больше интересных проектов можно посмотреть здесь.

    Умная теплица на Arduino- делаем первые шаги

    Умная теплица на Arduino- делаем первые шаги

    Теплицы предназначены для обеспечения оптимального микроклимата для роста и развития растений. Это могут быть и большие промышленные сооружения и небольшое место на подоконнике для выращивания любимого цветка. Но даже за самой крохотной теплицей на подоконнике нужен уход: осуществление полива, поддержание нужной температуры, уровня освещенности и т.п.

    Многие с удовольствием занялись подобным хозяйством, вот только ни сил, ни времени для этого нет. И только мечта подсказывает: вот бы такую конструкцию, которая бы настолько умной, что делала бы все сама. Такая теплица окажется востребованной теми, кто не хочет тратить много времени на уход за растениями, а также может не иметь для этого возможности в случае длительного отсутствия — командировок, отпуска и т.п.
    Мы и приступим к созданию подобной теплицы, назовем ее умной. А поможет нам создавать умную теплицу контроллер Arduino. Какие же функции будет выполнять умная теплица?
    Во-первых, необходимо оперативно получать всю необходимую информацию об климатических параметрах нашей теплицы: температура и влажность воздуха, температура и увлажненность почвы, освещенность теплицы. Т.е. осуществлять мониторинг климатических параметров теплицы.

    Какую проблему клиента решит функция мониторинга? Прежде всего — устранит беспокойство насчет того, все ли в порядке c растениями во время его отсутствия: есть ли вода в системе, не выключалось ли электричество, может ли системе вентиляции обеспечить нужную температуру, если в помещении стало слишком жарко и т.п.

    Выводить данные мониторинга можно на дисплей, или с помощью светодиодов оповещать о критических значениях климатических параметров, или получать данные через интернет или на планшет.
    Далее, необходимо реализовать возможность управления теплицей – осуществлять полив, обогрев, вентиляцию растений, регулировать освещенность растений. Управление можно с помощью автоматики, или удаленно (через интернет или через телефон (планшет)).

    Следующий этап – функция автономности теплицы. При снижении уровня увлажненности почвы ниже определенного значения, необходимо включить полив, при снижении температуры в теплице необходимо включить обогрев, освещенность теплицы необходимо производить по определенному циклу.

    Рисунок 1. Схематическое изображение умной теплицы

    В наших уроках мы рассмотрим практическую реализацию проекта умной теплицы. Создадим проект умной теплицы –
    «Домашний цветок». И начнем с реализации функции мониторинга параметров теплицы. Для мониторинга нам необходимо получать следующие данные о окружаещей среде нашего цветка:

    1. температура воздуха;
    2. влажность воздуха;
    3. увлажненность почвы;
    4. освещенность цветка.

    Для реализации функции мониторинга нам понадобятся следующие детали:

    1. Arduino Uno;
    2. Кабель USB;
    3. Плата прототипирования;
    4. Провода «папа-папа» – 15 шт;
    5. Фоторезистор – 1 шт;
    6. Резистор 10 кОм – 1 шт;
    7. Датчик температуры TMP36 – 1 шт;
    8. Модуль температуры и влажности воздуха DHT11 – 1 шт
    9. Модуль влажности почвы – 1 шт.

    Позиции 1-6 имеются в наборах серии «Дерзай» («Базовый», « Изучаем Arduino » и «Умный дом»), датчик температуры TMP36 имеется в наборах «Базовый» и «Изучаем Arduino». Ссылки на позиции 8 и 9 будут даны в конце статьи.
    Сначала познакомимся с датчиками, которые будем использовать для функции мониторинга параметров нашего проекта.
    C помощью фоторезистора (рисунок 2) осуществляют измерение освещенности. Дело в том, что в темноте сопротивление фоторезистора весьма велико, но когда на него попадает свет, это сопротивление падает пропорционально освещенности.

    Рисунок 2. Фоторезистор

    Аналоговый датчик температуры TMP36 (рисунок 2) позволяет легко преобразовать выходной уровень напряжения в показания температуры в градусах Цельсия. Каждые 10 мВ соответствуют 1 0С, Вы можете написать формулу для преобразования выходного напряжения в температуру.

    Смещение -500 для работы с температурами ниже 0 0C.

    Рисунок 3. Аналоговый датчик температуры TMP36

    Датчик DHT11 состоят из емкостного датчика влажности и термистора. Кроме того датчик содержит в себе простенький АЦП для преобразования аналоговых значений влажности и температуры. Будем использовать датчик в варианте модуля для Arduino (рисунок 4).

    Рисунок 4. Модуль DHT11

    Модуль влажности почвы (рисунок 5) предназначен для определения влажности земли, в которую он погружен. Он позволяет узнать о недостаточном или избыточном поливе ваших домашних или садовых растений. Модуль состоит из двух частей: контактного щупа YL-28 и датчика YL-38, щуп YL-28 соединен с датчиком YL-38 по двум проводам. Между двумя электродами щупа YL-28 создаётся небольшое напряжение. Если почва сухая, сопротивление велико и ток будет меньше. Если земля влажная — сопротивление меньше, ток — чуть больше. По итоговому аналоговому сигналу можно судить о степени влажности.

    Читайте также  Арочная теплица из дерева своими руками

    Рисунок 5. Модуль влажности почвы

    Теперь соберем на макетной плате схему, представленную на рисунке 6.

    Рисунок 6. Схема соединения для мониторинга параметров для «Домашний цветок «.

    Приступим к написанию скетча. Фоторезистор, датчик температуры TMP36 и модуль влажности почвы – обычные аналоговые датчики. Для датчика TMP36 мы можем преобразовать аналоговые значения в показания температуры в градусах Цельсия. Для работы с модулем DHT11 будем использовать Arduino библиотеку DHT (Скачать). Данные будем измерять с интервалом 5 секунд и значения выводить пока в последовательный порт Arduino.
    Создадим в Arduino IDE новый скетч, занесем в него код из листинга 1 и загрузим скетч на на плату Arduino. Напоминаем, что в настройках Arduino IDE необходимо выбрать тип платы (Arduino UNO) и порт подключения платы.

    После загрузки скетча на плату, открываем монитор последовательного порта и наблюдаем вывод значений с показаниями наших датчиков (рисунок 7).

    Рисунок 7. Вывод значений с показаниями наших датчиков в монитор последовательного порта Arduino.

    А вот и наш выращиваемый цветок (рисунок 8).

    Рисунок 8. Проект «Домашний цветок»

    Смотреть показания датчиков через последовательный порт не совсем удобно, в следующем уроке рассмотрим более удобную индикацию показаний.

    СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛИЦЕЙ УТ-24! ГОТОВОЕ РЕШЕНИЕ!

    Тепличное строение это прежде всего экосистема, которая требует соблюдения многих факторов для благоприятного выращивания различных культур. В данной статье мы рассмотрим систему управления теплицей, которую может собрать любой желающий самостоятельно.

    Система управления теплицей УТ-24 может обеспечивать микроклимат в теплице с помощью подключаемых датчиков температуры и охладительного, нагревательного оборудования. Охладительным оборудованием может являться: открывающая форточку, вентилятор, кондиционер и т.п. Контроллеру по большому счёту не важно какое включать/отключать оборудование. В нашей системе применяется контактор для охлаждения/нагрева теплицы на 5кВт, но Вы можете установить самостоятельно с другой мощностью по своим потребностям. Микроклимат это один из самых важных факторов в выращивании культур:

    o при сильной жаре – без своевременного охлаждения и проветривания, растения погибают

    o растениям необходима циркуляция свежевого воздуха для благоприятного роста

    o при заморозках и в зимний период необходим подогрев теплицы для предотвращения замерзания растений

    Система управления теплицы обеспечивает данные режимы микроклимата:

    o o возможность установки определённой температуры для работы нагревательного оборудования

    o возможность установки определённой температуры для работы охладительного оборудования

    Также одним из самых важных факторов в выращивании тепличных культур является правильный и своевременный полив. В данной системе управления теплицей УТ-24 реализованы различные условия и режимы для полива растений. Система позволяет производить полив растений по трём независимым зонам, которые в свою очередь возможно настроить в следующих режимах:

    o полив растений по заданным таймерам

    o полив растений по датчику влажности почвы

    o ручной режим полив растений


    При этом можно устанавливать различные сопутствующие условия в зависимости от конфигурации системы:

    o автоматический полив растений по таймеру и датчика влажности

    o контроль температуры воды в аккумулирующей ёмкости для полива растений

    o контроль уровня жидкости в аккумулирующей ёмкости (защита насоса от сухого хода)

    Для разделения зон полива растений используются электроклапана на 12,24,220В (в зависимости от модификации). Контроль за температурой в ёмкости отвечает аналоговый датчик температуры 4-20мА, который способен с высокой точностью определять температуру воды. Также реализован контроль за уровнем в ёмкости с помощью аналогового датчика 4-20мА или дискретных датчиков (нижний и верхний уровень). Аккумулирующая ёмкость часто используется для естественного нагрева воды, так как поступаемая вода из скважины имеет очень низкую температуру, которая негативно сказывается на растениях.

    Также одним из ключевых факторов для эффективного роста растений является их досветка по определённым условиям. Растения получающие недостаточное количество освещенности в течении дня имеют замедленный рост и следствие уменьшенный урожай. Самым простым способ реализованным в системе управления теплицей является досветка растений по дискретному датчика. Таким образом, система определяет за промежуток установленного времени (например, с 7 до 18), какая была освещенность растений и при необходимости сама включает досветку на нужное количество времени. Также реализован контроль досвечивания растений по аналоговому датчика освещенности, который определяет текущий уровень освещенности в теплице. Соответственно реализованы следующие режимы и параметры по досветке растений:

    o включение освещенности по таймеру

    o включение освещенности по датчику освещенности

    o ручной режим включения освещенности

    o включение освещенности по таймер условием контроля уровня освещенности

    Система управления теплицей УТ-24 также способна контролировать работу насосов: скважинного и поливочного, по нескольким условиям. Работу скваженного насоса можно настраивать относительно уровня аккумулирующей емкости, когда при уменьшении уровня жидкости в ёмкости насос включается, а при полном заполнении отключается. Также система управления теплицей УТ-24 позволяет управлять поливочным насосом по нескольким условиям, а именно:

    o в ручном режиме

    o в автоматическом режиме (при условии открытия любого из клапанов)

    o ручной режим с условием датчика сухого хода

    o в автоматическом режиме с условием датчика сухого хода

    Система управления теплицей УТ-24 позволяет существенно экономить человеческий труд, повышает благоприятные условия для роста тепличных растений, а также обеспечивает удаленный контроль за экосистемой. Данное решение собирается на промышленном оборудовании для стабильной и безотказной работы, а также промышленные датчики КИПиА для правильного технологического контроля.

    Также система предусматривает передачу данных по промышленному протоколу Modbus на верхний уровень SCADA системы или для удаленного контроля за параметрами теплицы. Нами реализована возможность сбора данных основных параметров и значений, а также управление технологическим оборудованием теплицы удаленно.

    Данная система управления была реализована на промышленном программируемом реле ПР200. Наша компания выкладывает в свободным доступ краткую инструкцию и программный код для контроллера для самостоятельного настройки и сборки системы управления. Данная программа дорабатывалась под максимально универсальный сценарий различных события, т.е. Вы можете самостоятельно убрать лишний код программы, либо добавить свой при необходимости.

    Также у данной системы присутствуют определенные ограничения, связанные с возможностью программируемого реле ПР200, а именно:

    o относительно мало памяти программируемого реле, которое ограничивает в расширении системы

    o небольшое количество сетевых переменных (макс 64шт) для передачи на верхний уровень

    o ограничение программируемого реле в программном коде относительно полноценного контроллера

    Все данные недостатки решаются с установкой промышленного контроллера ПЛК.

    Мы готовы оказать консультационную помощь по данному решению, а также выполнить сборку и настройку системы под ключ на базе промышленных реле или контроллерах Haiwell , Unitronics .

    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Добавить комментарий

    ;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: